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革命才刚刚开始,MEMS传感器已风靡全球


  来源: 传感器专家网 时间:2020-07-09 编辑:仪器仪表WXF
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最近10年,随着消费电子,尤其是智能手机和穿戴电子的发展,使MEMS传感器真正的在全球火热起来,大量的应用涌现,MEMS传感器真正“飞入寻常百姓家”。


MEMS全称MicroElectromechanical System,微机电系统。MEMS最初大量用于汽车安全气囊,而后以MEMS传感器的形式被大量应用在汽车的各个领域,随着MEMS技术的进一步发展,以及应用终端“轻、薄、短、小”的特点,对小体积高性能的MEMS产品需求增势迅猛,消费电子、医疗等领域也大量出现了MEMS产品的身影。例如,最近火爆的做胃镜的无痛小胶囊,5G路灯,骨传感耳机,智能家居中洗衣机与晾衣架之间的智能系统,电梯维护等等。


现在,我们已经接受了低成本,高性能微机电系统(MEMS)传感器的可用性,但并非总是如此。


MEMS 传感器


从首个大众市场的MEMS传感器开始


MEMS的完整市场始于1991年,当时ADI公司在模拟,固态物理学,工艺技术,封装等许多领域进行了约十年的艰苦技术战后,终在1991年宣布推出(现已淘汰)ADXL50单轴加速度计,并在1993年实现量产。


ADXL50单轴加速度计尺寸为5毫米(mm)×5毫米,在当时属于一种破坏性创新,它可用于单个非常特殊的应用:触发刚刚引入但未强制使用的汽车安全气囊。全模拟ADXL50是首个大众市场MEMS加速度计,它提供了一个经过全面处理的模拟输出,可以将其数字化或由比较器电路直接使用。


ADXL50单轴加速度计电路图


在MEMS传感器问世之前,大多数安全气囊是由Allen K. Breed在1967年开发的传感器触发的——碰撞减速会导致球与固定磁铁分离,并触发一个小的电气开关,该电气开关又关闭了一个电路,然后点燃了安全气囊中的化学物质。


相较于Allen K. Breed的传感器,首款MEMS传感器体积更小,价格更便宜且易于包装,但更重要的是,它将加速度感测从是/否场景更改为传感器可以提供感测值模拟流的场景。让实际的加速度波形成为触发算法的一部分。


尽管ADLX50到1999年已经过时,被更先进的MEMS单元所取代,但它的广泛影响显而易见。之后MEMS传感器发展不仅实现了高可靠性的传感器自校准功能(对于大多数传感器而言至关重要);还增加了内部信号调理,模数转换器(ADC),微控制器接口和其他易于使用的功能。


很快,供应商开始提供两轴甚至三轴加速度计,首先是微型模块,然后是单片设备。然后,诸如真实运动感测甚至导航之类的应用变得可行(基本物理学:积分加速度确定速度;积分速度确定位移)。


不久后,这些MEMS设备又增加了振动式MEMS音叉,并成为陀螺仪和全惯性测量单元(IMU),在许多情况下,它们可以代替指导宇航员使用的大型IMU(> 100磅,> 200瓦),基于MEMS传感器的IMU可小巧得多。微型IMU可用于以前无法接触的加速/定位应用,也可作为无人机的制导核心。


首个走入大众市场的MEMS传感器是加速计,并在之后的一段发展时间里,大家似乎都把MEMS传感器聚焦在加速计的应用中。但事实上,目前MEMS器件已用于许多与加速度无关的应用。


例如,德州仪器(TI)在数字光处理(DLP)IC中通过微镜率先开发了转向灯,最初瞄准的是大屏幕显示器和微型投影仪。它的DLP6500具有1080p(1920×1080)阵列,具有超过200万个微镜,可用作空间光调制器(SLM),以控制入射光的幅度,方向和/或相位。



此外,TI还提出将汽车的前大灯对准方向盘。它的DLP5531是基于MEMS的电子转向设备,无需齿轮,电动机和轴承,并具有完全的可编程性,并且每个前灯的高分辨率可寻址像素超过一百万。


对于非光学RF世界,ADI公司提供四极单掷(4PST)MEMS悬臂开关ADGM1004,该开关可处理带宽为DC至13吉赫兹(GHz)的RF信号。借助其带有金属尖端的双向接触开关,在电路中使用它可以将RF信号路由到四个输出端口之一,或者选择四个输入信号之一进行输出。这些开关在RF信号链上的许多点或测试阵列和矩阵中得到广泛使用。


ADI公司扩展了MEMS技术的基础,创建了一种悬臂结构,该悬臂结构为4PST RF开关提供了金属对金属触点闭合,带宽为DC至13 GHz


MEMS传感器“飞入寻常百姓家”


目前,全世界有大约600余家单位从事MEMS的研制和生产工作,已研制出包括微型压力传感器、加速度传感器、微喷墨打印头、数字微镜显示器在内的几百种产品,其中MEMS传感器占相当大的比例。


关键词:MEMS 传感器 革命    浏览量:4977

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